粉煤灰利用研究现状及其在环境保护中的应用探析

徐昌+王晓玉+王斌

摘要：根据相关文献针对粉煤灰性质以及应用状况进行了分析，实际结果表明粉煤灰在水泥行业中的应用最多。基于此，为了更好地保护环境并践行可持续发展理念，将环保高附加值产品以及多孔陶瓷型的产品开发确定为粉煤灰利用主导产品。文章将粉煤灰作为重要的研究对象，针对其利用研究的现状以及在环境保护当中的具体应用展开了探讨。

关键词：粉煤灰；利用研究现状；环境保护；水泥行业；环保高附加值产品 文献标识码：A

中图分类号：X705 文章编号：1009-2374（2017）06-0101-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.051

1 粉煤灰性质研究

粉煤灰属于球形或者是微珠集合体，其直径通常在1～100微米之间，而比重控制在2.02～2.56范围内。如果氧化钙与三氧化二铁的含量不断提高，比重也增加，那么在没有燃尽炭量增加的情况下，比重也会随之降低。其中，粉煤灰白色度在26～66之间，主要取决于二氧化三铁的含量。根据BET理论内容，其比表面积主要控制在0.7～36.6之间，但是由于未燃尽炭数量产生的影响，会随其增加而不断提高。但是，所运用的测量方法，粉煤灰含碳量可以缩小至31.39%～0.08%范围内。对于完全脱炭粉煤灰而言，其BET比表面积则控制在0.5～1.5平方米/克之间。在粉煤灰中，二氧化硅、三氧化二铝与三氧化二铁的比重超过了70%，而氧化钙与氧化镁的含量比重并不大。氧化钙与氧化镁含量会在原煤组成以及产出时代的作用下发生改变，通常都不会超过10%，但是也不会低于0.2%。而粉煤灰是非晶态玻璃构成的，而结晶矿物主要有石灰、石膏以及莫来石和石英等。石英是主要的结晶相，但是莫来石和原煤当中的硅铝矿物热分解存在一定的联系。在粉煤灰当中，矿物状态构成比例与炭质以及燃烧的冷却条件存在紧密的

关系。

2 关于粉煤灰综合利用的阐述

根据粉煤灰利用的分布途径分析，在水泥行业中的应用最为常见，其次被应用在充填煤坑与土木工程当中。特别是在水泥行业当中，粉煤灰是水泥原料与混合料，主要是对其中含有的二氧化硅、三氧化二铝以及三氧化二铁予以相应的利用，并且替代黏土被应用在实践中。但是，替代几率主要与粉煤灰当中含有的三氧化二铝比重以及二氧化硅与三氧化二铝比值存在直接联系，如果比值相对较大，那么粉煤灰用作水泥原料的几率也会随之增加。若水泥当中所含铝酸钙的含量较高，那么使用粉煤灰的量也将迅速提高。如果在1200℃～1300℃的环境当中烧成粉煤灰，二氧化碳生成量也将随之下降，不会对生态环境带来较大的负面作用。为此，能够对矿物组成进行适当地控制，进而生产出速凝材料亦或是缓凝材料。在水泥中，粉煤灰是混合材料，通过对粉煤灰白榴火山灰效应的合理运用，增强了使用的效果。而要想保证混凝土与水泥料浆流动效果，减少有机混合剂吸附的量，最重要的就是要对其颗粒组成以及未燃尽炭的数量予以相应的控制。针对混凝土而言，通过对球形粉煤灰的合理运用，能够实现混凝土工作性能以及流行性能的有效改善，使得充填率提高，且减少单位用水量，而水化热的降低使得粉煤灰被广泛应用在大型混凝土施工中。

在建筑领域中，粉煤灰被应用在混凝土二次制品以及内外墙壁材料的制造过程中，能够替代水泥与石英使用。与此同时，粉煤灰实现完全熔融，通过离心分离方法制作纤维灰绒。而在土木行业中，对粉煤灰小颗粒密度进行了合理地运用，因为其泥质成分相对较多且具有较大的压密系数，因此能够替代砂质进行合理地运用。

另外，粉煤灰和有机质废弃物的相互混合与发酵，能够制造出特殊的肥料。同时，针对粉煤灰和钾原料进行热处理，则可以制造出钾肥。除此之外，粉煤灰也可以当作植物营养成分来运用，可以在掩埋粉煤灰之上种植植物。然而，因为粉煤灰当中存在未燃尽炭而且碱性不高，所以能够和生物体更亲和，对于藻类繁殖十分有利，在人造渔场建设方面发挥着积极的作用。基于此，在粉煤灰当中还有磁鐵矿以及氧化铝，在物理与化学处理以后，能够将铁、硅、铝以及铬等有价物质有效

收集。

3 环境保护中对粉煤灰的具体应用

由于粉煤灰的比表面积相对较大，且柜体吸附剂的性能突出，所以通过对这一性能的合理运用，能够对废弃物进行适当地处理。另外，粉煤灰当中含有一定的碱性物质，因而可以被用作排烟脱硫剂。针对粉煤灰中未燃尽炭多孔性的特征予以充分运用，能够将地下水污泥形成的氨、磷与有机物等进行有效吸附，同时还能够对工业废水当中所含有的氟化物以及磷酸盐等物质进行全面处理。针对城市固体废弃物的燃烧，形成并排出的氯化汞会对生态环境造成严重的污染，可以使用氢氧化钙、活性炭亦或是两者的混合物来降低氧化汞的排放总量。充分考虑公式，对不同温度条件下等温吸附穿透曲线的结果表明，对粉煤灰的应用能够对氯化汞排放量进行有效地控制。

要想实现粉煤灰吸附的性能的全面提升，并且在环境保护领域拓展其使用的范围，自20世纪80年代中期，利用粉煤灰已经合成了沸石。而在自然条件之下，很多沸石都采用了火山玻璃会与岩层当中碱性溶液反应所形成。因为压力以及温度都不高，而且土壤溶液具有一定的碱性，所以在生成沸石方面的速度也会减慢，但是人工合成速度却迅速提高。在人工合成沸石的过程中，途径与方法很多，而水热合成法的应用最为常见。其中反应物主要有可溶性铝酸盐与硅酸盐，还有活性氧化物。为了达到节约能源与环保目标，就可以充分采用废弃资源，进而合成沸石，而主要的原料就是粉煤灰，还有造纸行业含有硅元素的废弃物以及谷物的烧却灰等。而原煤通过燃烧会形成粉煤灰，这也是其主要的来源。但是，原煤当中的主要黏土矿物就是高岭石与绿泥石。若煤是在淡水环境中形成，那么高岭石就是唯一黏土矿物，而石英则是次要的结晶矿物。在空气中加热的过程中，高岭土型的黏土会出现晶型的转变，最终形成石英以及莫来石等。随后，在和氢氧化钠溶液进行反应的过程中，可以利用亚高岭石亦或是类似于物质都可以合成沸石。

要想对难以过滤性料浆以及稀薄料浆过滤的性能予以有效改善，就需要将过滤助剂添加至其中。而比较常见的就是硅藻土，实际的消费量占据80%的比重。而硅酸钙水化物以及硅藻土都属于多孔结构，所以对粉煤灰进行合理利用并当作原料合成托贝莫来石粒子也可以对含有重金属粒子污染物进行有效处理。针对粉煤灰水热合成反应来说，玻璃相含碱量的增加，则能够对水花石榴石析出予以相应的抑制。除此之外，粉煤灰也可以在多孔陶瓷制作方面发挥重要作用，主要是粉煤灰与膨润土组成，而水固比是0.5，在混合均匀以后成型，并且在环境温度为105摄氏度的情况下进行干燥，时间控制在

一天。

4 结语

综上所述，在可利用资源匮乏的情况下，人们的环境保护意识也随之提高，因而粉煤灰利用的重点也将环境保护与低质灰等作为重要的产品开发方向。其中充分利用粉煤灰代替水泥使用量，最终生产出含量较高的粉煤灰混凝土，进而对二氧化碳排放量予以严格地抑制。但是粉煤灰作为活性炭与吸附材料尚未染灰利用，还有对稀有金属有价物回收都比较适用在土木行业当中。以上针对粉煤灰的综合利用以及在环境保护中的应用展开了深入探讨，希望为粉煤灰的推广应用提供有價值的理论依据。

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作者简介：徐昌（1965-），男，黑龙江齐齐哈尔人，大庆市环境监测中心站高级工程师，研究方向：土壤化学、环境监测。

（责任编辑：蒋建华）